14.3 热机-2025-2026学年沪科版物理九年级上学期

第十四章　内能与热机 第三节　热　机 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1. 热机在人类生活中发挥着重要的作用,推动了社会的快速发展,现代化的交通运输工具都靠它提供动力｡如图所示为热机工作过程中的能量转化原理图,其中①②③分别代表的是　　 　能､　 　　能､　 　　能｡ 化学 内 机械 2. 如图所示是某种内燃机某一冲程的示意图,据图回答问题: (1) 这种内燃机是　　　　(选填“汽油机”或“柴油机”)｡　 (2) 它在吸气冲程吸入的物质是　　　　(选填“空气”“燃料”或“空气和燃料的混合物”)｡　 (3) 图中内燃机处在　　　　冲程;该冲程中能量的转化是把　　　　能转化为　　　　能｡ 柴油机 空气 压缩 机械 内 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 3. 在如图所示的“汽油机模型”实验中,将少量的汽油喷入筒内,用软木塞塞住筒口,摇动起电机手柄,观察到放电针放电,汽油燃烧,软木塞被高温高压的气体冲出｡该实验可模拟四冲程汽油机工作时的 (　　) A. 吸气冲程 B. 压缩冲程 C. 做功冲程 D. 排气冲程 C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 4. 汽油机和柴油机的主要不同点是 (　　) A. 在构造上,汽油机气缸顶部有喷油嘴,而柴油机的气缸顶部有火花塞 B. 在吸气冲程中,汽油机吸入气缸的是汽油,柴油机吸入气缸的是柴油 C. 在压缩冲程末,汽油机用点燃式点火,而柴油机采用的是压燃式点火 D. 在做功过程中,汽油机里的燃气温度和压强比柴油机里的高 C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 5. 跨学科实践·社会发展 科学家发明了一款单缸六冲程内燃机,它每一个工作循环的前四个冲程与单缸四冲程内燃机相同,在第四冲程结束后,立即向气缸内喷水,水在高温气缸内迅速汽化成高温､高压水蒸气,推动活塞再次做功｡ (1) 在推动活塞做功的过程中,水蒸气的温度将　　　　(选填“升高”“降低”或“不变”),内能将　　　　｡　 (2) 如果这种单缸六冲程内燃机飞轮的转速是3600r/min,那么该内燃机1s对外做功　　　　次｡为进入下一个工作循环,这款内燃机的第六冲程是 　　　　冲程｡ 降低 减小 40 排气 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 解析:(2) 单缸六冲程内燃机一个工作循环中,有6个冲程,飞轮转动3r,对外做功2次,若单缸六冲程内燃机飞轮转速是3600r/min,则每秒钟飞轮转动60转,对外做功40次｡ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 6. ★(2024·临沂)2024年4月20日,我国研制的全球首款本体热效率达53.09%的柴油机正式亮相世界内燃机大会,刷新了柴油机热效率的世界纪录｡下列内燃机的四个冲程中,气缸内气体的内能最小的是 (　　) D 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 解析:内燃机一个工作循环的顺序为吸气冲程､压缩冲程､做功冲程､排气冲程,压缩冲程后气体的温度都比吸气冲程中气体的温度高,故吸气冲程中气缸内气体的内能最小｡选项A中,两气门关闭,活塞下行,为做功冲程,A不符合题意;选项B中,进气门关闭,排气门打开,活塞上行,为排气冲程,B不符合题意;选项C中,两气门关闭,活塞上行,为压缩冲程,C不符合题意;选项D中,进气门打开,排气门关闭,活塞下行,为吸气冲程,D符合题意｡ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 判断热机冲程的方法 (1) 看气门开闭｡ (2) 看活塞运动方向｡ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 7. 汽油机工作时,气缸内燃气温度最高､压强最大的时刻是 (　　) A. 吸气冲程结束 B. 做功冲程 C. 压缩冲程结束,火花塞点火前的瞬间 D. 压缩冲程结束,火花塞点火后的瞬间 D 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 解析:在汽油机的吸气冲程中,随着气缸中汽油和空气的混合气体的增多,混合气体的内能增大;在汽油机的压缩冲程中,由于活塞对混合气体做功,活塞的一部分机械能转化为混合气体的内能,使混合气体的内能继续增大;在压缩冲程结束,火花塞点火后的瞬间,汽油燃烧,汽油的化学能转化为燃气的内能,此时燃气的内能最大､温度最高､压强最大;在汽油机的做功冲程中,燃气对活塞做功,燃气的一部分内能转化为活塞的机械能,燃气的内能减小､温度降低､压强变小｡ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 8. 柴油机上安装了一个质量很大的飞轮,目的是 (　　) A. 使整个机器外形协调美观 B. 节约燃料 C. 输出更多的功 D. 利用飞轮惯性完成吸气､压缩､排气三个辅助冲程 D 解析:四冲程柴油机工作时,吸气､压缩和排气三个辅助冲程都是靠飞轮的惯性完成的｡ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 9. 当拖拉机的柴油机出现故障而使转速急剧增加,正常操作已经不能使它停转(这种故障叫做“飞车”)时,下列应急措施中可行的是 (　　) A. 捂住进气口 B. 立即找一个隔热的东西捂住排气口 C. 脚踏刹车板,同时手拉制动器 D. 让它空转,直至将油耗尽 A 解析:由题意知B､C无济于事;D浪费柴油且容易引发事故;要使拖拉机停转,必须阻止内能转化为机械能,而内能是由柴油燃烧转化来的,只要没有空气吸入气缸,就能阻止柴油燃烧,所以应选A｡ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 10. 某单缸四冲程汽油机的气缸活塞面积为30cm2,一个冲程中活塞在气缸中移动的距离是50mm,满负荷工作时做功冲程中燃气的平均压强为9.0×105Pa,飞轮1min转动1800r｡当汽油机满负荷工作时(不计摩擦),求: (1) 做功冲程中燃气对活塞的平均压力｡ (2) 一个做功冲程中燃气对活塞做的功｡ (1) F=pS=9.0×105Pa×30×10-4m2=2.7×103N｡ (2) W=Fs=2.7×103N×50×10-3m=135J｡ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 (3) 汽油机的功率｡ (3) 1800r/min=30r/s,一个工作循环中飞轮转2r,做一次功,所用时间t=s, P===2025W｡ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 11. 如图甲所示为四缸发动机工作原理:内燃机通过连杆把四个气缸的活塞连在一根曲轴上,并使各气缸的做功过程错开,在飞轮转动的每半周里,都有一个气缸在做功,其他三个气缸分别在做吸气､压缩和排气工作｡ (1) 发动机在做功冲程里,高温､高压的燃气推动活塞向下运动,对外做功,同时将　　　　能转化为　　　　能｡　 内 机械 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 (2) 有一台四缸发动机,其主要技术指标如表所示｡其中排量等于四个气缸工作容积的总和,气缸工作容积指活塞从上止点到下止点所扫过的容积,又称单缸排量,它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离(即冲程 长)｡转速表示每分钟曲轴或飞轮所转的周数｡ ① 该发动机在1s内做功　　　 　J,单缸排量V=　　　　L｡　 ② 在每个做功冲程里,发动机做的功为　　　　J｡　 排　量 输出功率 转　速 2.0L 120kW 6000r/min 1.2×105 0.5 600 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 (3) 在做功冲程里,燃气对活塞所做的功可表示为W=pV,式中p表示燃气对活塞的压强,则p=　　 　　Pa｡(1L=10-3m3) (4) 如图乙所示为发动机在做功冲程中的示意图｡下面给出了公式W=pV的证明,请将推导过程补充完整(要求各表达式均用S､l或p表示):设活塞的面积为S,冲程长为l,燃气对活塞的压强为p,则燃气对活塞的压力F=　 　,燃气对活塞所做的功W=　　　　,又根据数学知识可知发动机的单缸排量V=　　　　,故W=pV｡ 1.2×106 pS pSl Sl 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 解析:(1) 发动机在做功冲程里,高温､高压的燃气推动活塞向下运动,对外做功,同时将内能转化为机械能｡(2) ① 已知输出功率是120kW,所以每秒做功W=Pt=120×103W×1s=1.2×105J｡因为总排量为2.0L,所以单缸排量V=×2.0L=0.5L｡② 因为发动机有四个缸同时工作,所以每个气缸1s内做功W'=W=×1.2×105J=3×104J｡因为发动机转速为6000r/min,所以每秒转100r,每两转中有一个做功冲程,故1s内做功50次,所以每个做功冲程做的功W″=W'=×3×104J=600J｡(3) 由题述公式W=pV可得,p== =1.2×106Pa｡(4) 由p=可知,活塞受到的压力F=pS;因为在做功冲程中活塞移动的距离为l,发动机的单缸排量V=Sl,所以燃气对活塞所做的功W=Fl=pSl=pV｡ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 $$